股骨头坏死发病机制探讨

�综述� 股骨头坏死发病机制探讨 张崇耀 � 李峻辉 � 宁亚功 � � 股骨头坏死 ( osteonecro sis of the fem oral head)是股骨头内骨组织死亡所引起的病理生理过程。目前认为股骨头坏死不是 一个单一的过程, 而是遗传因素和一个或多个危险因素综合作用的结果 [ 1�2]; 股骨头坏死病因近年来研究报道较多,但本病的 发病机制认识仍不够完善,因此股骨头坏死病理机制一直是研究的焦点。 一、股骨头坏死的常见病因 [3] 1� 创伤性因素: 继发于股骨头颈骨折、髋关节外伤性脱位后及医源性等髋部损伤。 2� 非创伤性因素: 刘铁钢等 [ 4]流行病学统计酗酒和大剂量使用激素是目前公认的最常见病因, 酗酒和大剂量使用激素两 者约占非创伤性股骨头坏死的 90% ; 2006年报道激素性占 49� 7% ,酒精性占 33�6% ,激素在致病因素中所占比例已逐渐超过 20世纪统计的酒精因素; 李子荣等 [5]研究发现大剂量糖皮质激素治疗后 6个月内是股骨头坏死的高发期, 此后即使继续使用 糖皮质激素治疗发生股骨头坏死的危险性相当小;其他的相关性因素有髋关节发育不良、血红蛋白病、特发性股骨头坏死等。 二、股骨头坏死的发病机制 近年来, 国内外学者对股骨头坏死的发病机制进行了深入研究并且提出了众多学说, 主要有 : 血液循环的机械损伤学 说 [ 6] ; 血管内凝血学说 [ 7] ;脂类代谢紊乱学说 [8] ;骨内压增高学说 [ 9]; 细胞毒性与细胞损伤学说 [10] ;骨髓间充质干细胞成骨与 成脂分化学说 [ 11�12] ;基因多态性致股骨头坏死的易感人群学说 [ 2], 目前证实了多种基因在股骨头坏死的发生发展中的作用, 为股骨头坏死的早期诊断和治疗提供了部分理论依据。 由于上述各种学说只能反映股骨头坏死的部分病理过程,没有完全揭示股骨头坏死发病机制的全貌, 推测股骨头坏死有 其他重要的发病机制参与。国内外文献研究报道 �髋部各种运动产生的应力性因素�可能在本病的发病机制中有重要作用: U eo等 [ 13]发现股骨头血供好的区域也可能出现坏死, 认为生物力学因素可能在股骨头缺血性坏死病程中起着重要的作用; M ihara等 [ 14]研究强迫大鼠站立使髓关节遭受强大应力导致股骨头坏死;刘少军 [ 15]根据动物实验和临床标本观察股骨头坏死 主要分布在股骨头承重应力集中区域,股骨头顶、前和外侧部分;作者通过近年对股骨头坏死的临床治疗观察, 提出股骨头坏 死的发生发展中必须引入 �应力学说机制�, 研究股骨头坏死病理机制结合动态的髋部功能整体分析认识更能全面地揭示股 骨头坏死的发病机制。 三、股骨头坏死应力学说机制的基本内容 1� 髋关节股骨头基本力学特点: 髋关节通过骨骼�肌肉�韧带 (关节囊 )等结构发挥运动关节、维持关节稳定及平衡的作 用。股骨头承受应力除人体质量外,人类日常生活中下肢各种运动状态时髋关节周围肌肉群舒缩对股骨头亦产生巨大的作 用力; 股骨头软骨结构为黏液弹性体,提供润滑良好的关节面,与关节液共同作用, 使髋关节的不同峰值应力传递分布, 关节 能灵活运动减少磨损 [ 16] ;股骨头松质骨力学性能主要缓解外力冲击加压, 压应力增加过程中通过其应变增大与髋臼接触面 积, 减少单位面积压力,发挥将压应力分散的作用。 人体力学分析研究正常髋关节活动,计算出部分日常运动状态下股骨头所受应力值与体重的倍数关系, 按升序排列如 下: 平卧直腿抬高时股骨头受应力为体重的 1�3倍 [ 15]; 步态周期中股骨头承受应力存在 2个峰值: 跟着地期, 约为体重的 4 倍。趾离地的支撑期, 股骨头承受应力为体重的 7倍 [ 17]; 极端的活动如跑步跳越, 股骨头承受应力峰值高达体重的 10倍。 Yosh ida等 [ 18]运用三维有限元模型分析了人类日常生活各种运动髋部接触峰值压力和分布, 见表 1。 分析表 1显示: 快速、慢速、正常行走和上下楼峰值压力分布在髋臼顶外侧, 以正常行走时压力峰值 ( 3� 26MPa)的倍数表 达, 按降序排列:上楼时髋部接触峰值压力为正常行走时的 1� 75倍; 下楼时髋部接触峰值压力为正常行走时的 1�16倍; 快速 行走时髋部接触峰值压力为正常行走时的 1�01倍;慢速行走时髋部接触峰值压力为正常行走时的 0�88倍。 坐下、起立、屈膝髋部接触峰值压力分布在髋臼后柱,压力峰值高。以正常行走时髋部接触峰值压力 ( 3� 26MPa)的倍数 表达, 按降序排列。坐下时髋部接触峰值压力为正常行走时的 2� 87倍; 起立时髋部接触峰值压力为正常行走时的 2� 75倍; 屈 膝时髋部接触峰值压力为正常行走时的 1�12倍。 2� 髋部应力在生理病理状态下对股骨头的影响:髋关节在生理运动状态中产生的高负荷作用只有通过关节软骨及松质 骨骨小梁的微小形变后,才能使股骨头、髋臼获得最大接触, 从而降低单位面积的负荷, 发挥股骨头精妙的生理力学作用。 Pauw e ls骨代谢理论认为: 骨处于生理稳定状态时存在一个允许的应力范围, 应力范围内不同大小的作用力在骨骼中引起的 DO I: 10. 3877 / cm a. .j issn. 1674�0785. 2011. 06. 034 作者单位: 650000� 成都军区昆明总医院中医科 通讯作者: 张崇耀, Em ai:l k indm an0156@ 163. com �1705�中华临床医师杂志 (电子版 ) 2011年 3月第 5卷第 6期 � Ch in J C lin icians( E lectron ic Ed ition) ,M arch 15, 2011, V o.l 5, No. 6 表 1� 人类日常生活各种运动髋部接触峰值压力和分布 日常活动 峰值压力 (M Pa) 接触面积 /整个面积 (% ) 活动周期时相 (% ) 快速行走 3�28(臼顶外侧 ) 78�7 12�5 正常行走 3�26(臼顶外侧 ) 76�3 16�5 慢速行走 2�87(臼顶外侧 ) 81�2 16�0 起立 8�97(臼后柱 ) 19�7 35�0 坐下 9�36(臼后柱 ) 17�6 50�5 屈膝 3�65(臼后柱 ) 51�6 53�0 上楼 5�71(臼顶外侧 ) 52�1 11�0 下楼 3�77(臼顶外侧 ) 80�6 55�0 应力、应变构成一个生物力学反馈控制系统, 维持着成骨与破骨平衡 [ 19]。 Sanchez等 [ 20]研究表明: 骨骼所受应力低于或高于 该骨允许的应力范围, 均会使骨的强度降低。 Boyce等 [ 21]研究发现成骨细胞分泌 �核因子 �B受体活化因子配体 � (简称 RANKL)与破骨细胞上的 �核因子 �B受体活化因子� (简称 RANK )结合后促进破骨细胞的分化、成熟及增强其活性, 影响破 骨细胞基因的表达, 分泌骨吸收因子, 表现出骨吸收。同时,成骨细胞又分泌 �护骨素� (简称 OPG )与 RNAKL竞争结合阻止 与 RNAK的结合从而降低破骨细胞的活性。成骨细胞与破骨细胞之间通过 OPG /RANKL /RANK信号通道构成一个相对稳定 的动态系统, 并受多种因素调节和影响信号通道的表达。文献报道 [ 22]人体运动过程中肌肉对骨骼产生不同方式的机械力刺 激, 这可能也会对 OPG /RANKL的表达产生不同的影响, 导致破骨细胞发生不同的反应、骨骼产生不同的变化。刘丽等 [ 23]报 道在生理性应力作用下 OPG /RANKL /RANK系统表达延缓骨质吸收; Sanchez等 [ 20]报道过高强度机械力刺激通过影响 OPG / RANKL比率增加破骨细胞活性, 使骨吸收增加。因此髋部良好的结构和承受允许的应力范围是保持股骨头正常生理功能的 最佳状态。当各种损伤因素 (包括髋部所受应力因素 )为始动导致股骨头骨小梁的骨细胞坏死,骨内感觉神经纤维受刺激, 介 导所属的髋部肌群疼痛、痉挛、劳损,髋周围肌群收缩、舒张的 �动态平衡�破坏, 使髋关节活动范围受限固定, 髋臼、股骨头构 成的球窝关节不能形成最佳结合状态,产生股骨头的局部应力集中和局部应力减少, 区别于正常髋部运动状态下股骨头的生 理性应力分布。如果髋关节活动范围长期的受限固定,髋关节分布不均的应力反复作用于股骨头, 形成 �骨骼所受应力低于 或高于该骨允许的应力范围�状态,骨质吸收增强,骨强度降低不能适应正常状态下髋关节股骨头基本力学功能,导致股骨头 吸收坏死。目前尚未见应力影响 OPG /RANKL /RANK系统在股骨头坏死研究方面的文献报道。作者理论分析研究认为: 髋 关节活动范围持续的受限固定状态,下肢运动时股骨头长期承受分布不均的应力,是否可能通过影响 OPG /RANKL比率表达 促进破骨细胞活性、骨吸收增加, 而在股骨头坏死病理机制中发挥作用,有待将来的实验论证。 国外学者运用有限元数学模型及坏死股骨头标本研究显示: 股骨头分布不均的应力因素影响着股骨头坏死的病理生理 过程。Yang等 [ 24]测定股骨头坏死区的应力指数 (应力 /强度比值 )认为股骨头坏死塌陷是由于疲劳骨折导致。股骨头坏死区 毗邻的正常骨组织结构受到吸收、修复、重塑型等反应使生物力学性能降低, 日常髋部的运动功能使病理状态下的股骨头持 续承受分布不均的应力作用, 更容易发生应力骨折, 导致塌陷加剧。M agnussen等 [ 25]报道:股骨头坏死软骨退变的改变可能涉 及力学特性而不是骨性关节炎退变的典型属性,可能是塌陷骨上的软骨载荷减少而导致蛋白多糖丢失,类似于软骨失用性改 变, 不同于退行性改变; D an ie l等 [ 26]研究认为导致股骨头坏死后期骨性关节炎的主要原因是髋关节接触应力明显增加所致。 综上所述, 作者提出 �髋关节活动范围受限固定时分布不均的应力在股骨头坏死发病机制中起着重要作用�。 四、股骨头坏死病程中日常生活的髋部运动功能调控 在设定人体质量不变的条件下,主要是调控人体活动时髋部的运动功能, 改变坏死股骨头分布不均的应力状态, 逐步重 建适合股骨头坏死修复的应力状态。 1� 股骨头坏死初期修复阶段: 股骨头坏死初期如果反复分布不均的应力刺激持续存在, 坏死后的股骨头生物力学特性降 低, 不能承受股骨头活动状态时的应力, 容易发生应力骨折 [ 24]。据此纠正坏死股骨头分布不均的应力, 防止持续存在的应力 性损伤骨折导致股骨头塌陷是坏死初期治疗的关键。经典的方法是 �负重控制�,需要扶双拐。根据髋关节股骨头基本力学 特点制订负重控制 方案 气瓶 现场处置方案 .pdf气瓶 现场处置方案 .doc见习基地管理方案.doc关于群访事件的化解方案建筑工地扬尘治理专项方案下载 。股骨头坏死早期建议扶双拐。坐下和起立动作必须严格保护, 禁止双髋承重。锻炼方式以不负重 情况下进行: 如卧床 �围绕髋关节的下肢旋转运动�对髋关节进行磨造,纠正坏死股骨头分布不均的应力状态, 促进坏死骨的 修复。对髋周肌群有明显压痛的患者为减轻股骨头受肌肉收缩产生的内在应力影响, 提倡 �筋骨并重�治疗, 可在髋部进行各 种适合的理疗改善肌肉痉挛疼痛状态。 2� 股骨头坏死中期修复阶段: 经上述方法锻炼及治疗 3~ 6个月,如患者髋部疼痛症状缓解,髋关节活动范围改善, 影像 学复查 �股骨头坏死区边界骨密度增加�, 提示股骨头坏死区局部新的稳定建立;根据应力产生的生物学效应原理, 可适当地 增加股骨头的应力刺激促进成骨修复。进行扶拐下双下肢站立,逐渐过渡到缓慢拄拐辅助下肢部分负重行走, 再逐渐过渡到 弃拐缓慢行走。起立、下蹲、上下楼梯仍然需要防护。 �1706� 中华临床医师杂志 (电子版 ) 2011年 3月第 5卷第 6期� Ch in J C l inician s( E lectron ic Ed it ion ), M arch 15, 2011, Vo.l 5, No. 6 3� 股骨头坏死后期修复阶段: 股骨坏死后期的修复时间与个人基础病因、治疗方法等多种因素有关。有学者 [ 16]提出股 骨头坏死塑型期可能需要 2~ 3年;经有效治疗, 如患者髋部疼痛症状完全消失, 髋关节活动范围逐渐恢复正常, 影像学复查 �股骨头坏死大部分吸收成骨,股骨头密度由增高开始向密度均匀转变�, 提示坏死股骨头生物力学特性逐步恢复。在塑型期 仍然应该适当地进行应力控制。禁止频繁地快速行走、上下楼梯、跑步、登山以及搬运重物等需要下肢承重的运动, 建议游 泳、自行车等不需要下肢承重的体育锻炼。 五、展望 由于骨内应力是调控骨代谢的重要因素,因此研究分析股骨头坏死病理机制必须引入应力机制。髋部异常应力是股骨 头坏死发生发展的重要因素;根据髋关节股骨头基本力学特点及所受应力产生的骨代谢机制, 在股骨头坏死骨修复病程中要 充分发挥有利功能状态下的应力因素去控制骨修复,消除有害功能状态下的应力因素对骨的影响。逐步重建适合股骨头坏 死修复的应力状态对股骨头坏死康复治疗有重要作用。更深入地研究认识髋部应力因素对股骨头坏死病理机制的影响, 对 提高股骨头坏死保守治疗疗效具有深远的现实意义。 参 � 考 � 文 � 献 [ 1 ] � 崔永锋,王利明.股骨头坏死修复过程中断的原因分析.中华中医药杂志, 2009, 24: 1473�1476. 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